解春林，薛永鋒，王松嶺

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003;2.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

供熱機(jī)組以熱定電是落實節(jié)約能源法和節(jié)能發(fā)電調(diào)度管理辦法的具體體現(xiàn)，有利于節(jié)能減排和實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，特別在緩解采暖期電網(wǎng)調(diào)峰壓力等方面具有積極作用［1］。供熱機(jī)組在線監(jiān)測是對電廠的熱負(fù)荷、電負(fù)荷等重要參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)計算分析，并將計算結(jié)果送往調(diào)度和管理部門，根據(jù)實時在線監(jiān)測的結(jié)果，合理分配發(fā)電負(fù)荷［2］。以熱定電的關(guān)鍵是根據(jù)機(jī)組實際情況建立以熱定電數(shù)學(xué)模型。

1 以熱定電的研究方法及考慮問題

1.1 以熱定電研究方法

a． 熱力計算法［3］。根據(jù)機(jī)組熱負(fù)荷的變化，獲取相應(yīng)的熱力參數(shù)，計算出機(jī)組在某一熱負(fù)荷下的理論最低發(fā)電功率。前提條件是機(jī)組具有比較詳細(xì)的設(shè)計及改造資料，可采用計算的方法確定機(jī)組供熱期最小負(fù)荷運行方式。

b． 供熱工況圖法［4］。由于熱、電負(fù)荷變化不規(guī)律，在進(jìn)行供熱機(jī)組的變工況熱、電負(fù)荷計算或分配時，常把各種運行條件下的汽輪機(jī)組功率、流量和抽汽量關(guān)系表示成曲線形式，即供熱機(jī)組的工況圖。若機(jī)組具有比較完整的供熱工況圖，可采用本方法確定機(jī)組供熱期最小負(fù)荷運行方式。

c． 現(xiàn)場試驗法［5］。根據(jù)機(jī)組實際供熱量，在滿足供熱參數(shù)的條件下，通過試驗確定機(jī)組供熱期最小負(fù)荷關(guān)系曲線。

1.2 需考慮的問題

a． 有鍋爐蒸汽經(jīng)減溫減壓后供熱的情況，應(yīng)扣除鍋爐直接供熱熱量后再確定最小發(fā)電負(fù)荷［6］。

b． 熱量計算時應(yīng)考慮供熱結(jié)算點的位置。

c． 鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷、低壓缸最小汽流量、冬季廠用蒸汽、廠房采暖和上網(wǎng)配置等因素也應(yīng)考慮［7］。

2 以熱定電數(shù)學(xué)模型的建立

熱力計算法需要足夠的汽輪機(jī)通流部分?jǐn)?shù)據(jù)，計算難度較大;供熱工況圖法主要適用于已投產(chǎn)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但后期改造的機(jī)組普遍沒有供熱工況圖;現(xiàn)場試驗法工作量較大。

本文主要采用熱力計算法計算出理論最低發(fā)電功率，再采用現(xiàn)場試驗法進(jìn)行現(xiàn)場驗證。

2.1 供熱機(jī)組變工況計算步驟

a． 基準(zhǔn)工況的熱系統(tǒng)計算

供熱機(jī)組一般選取最大工況作為基準(zhǔn)工況。平均工況下工業(yè)抽汽與采暖抽汽為最大負(fù)荷，末級進(jìn)凝汽器流量為最小允許流量，電負(fù)荷為額定功率。根據(jù)基準(zhǔn)工況的數(shù)據(jù)資料用循環(huán)函數(shù)法計算熱系統(tǒng)，確定各特性參數(shù)和流量參數(shù) (作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù))?；鶞?zhǔn)工況計算是變工況計算的基礎(chǔ)。

b． 分區(qū)段計算各級抽汽壓力

供熱機(jī)組各抽汽壓力采用分缸 (即分區(qū)段)計算、逐步向后推進(jìn)的方法。首先假定主蒸汽流量D0，計算調(diào)節(jié)級后壓力，然后計算高壓缸各抽汽口的壓力，并進(jìn)行熱系統(tǒng)計算，得出各抽汽段抽汽量Dj，直到計算至除氧器。計算低壓缸前，先求出通過低壓加熱器的水流量DL，再計算低壓缸各抽汽壓力，并進(jìn)行熱系統(tǒng)計算，求出各Dj。

c． 迭代及可行性檢驗

計算中應(yīng)注意Pe、D0、Dg、Dc、Dn之間的關(guān)系 (即已知上述參數(shù)中的3個，可用功率和質(zhì)量方程求解其余2個)，來判斷變工況計算結(jié)果是否可行。若出現(xiàn)中的任意一種情況，表明變工況計算不可行，必須加入新的約束條件重新迭代計算，直到各種約束條件全部滿足為止。其中，Pe為電功率，MW;為最大允許電功率，MW;為最大主蒸汽流量，t/h;Dg為工業(yè)抽汽流量，為最大工業(yè)抽汽流量，t/h;Dc為采暖抽汽流量，為最大采暖抽汽流量，t/h。熱系統(tǒng)迭代的終止條件可表示成:

式中，Dn為末級組凝汽流量，t/h;Dminn為最小末級組凝汽流量，t/h;ε為誤差允許值。

2.2 供熱目標(biāo)值的確定

目標(biāo)值計算見式 (2)和式 (3):

式中，Qg為工業(yè)抽汽熱量，GJ/h;Fg為工業(yè)抽汽流量 (由現(xiàn)場采集系統(tǒng)獲得)，t/h;Hg為工業(yè)抽汽焓 (由工業(yè)抽汽壓力Pg和工業(yè)抽汽溫度Tg通過焓熵表確定)，kJ/kg。

式中，Qd為采暖抽汽熱量，GJ/h;Fgs為采暖熱水(一環(huán)網(wǎng))供水流量(由現(xiàn)場采集系統(tǒng)獲得)，t/h;Hgs為采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))供水焓 (由采暖熱水(一環(huán)網(wǎng))供水壓力Pgs和采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))供水溫度Tgs通過焓熵表確定)，kJ/kg;Fhs為采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))回水流量 (由現(xiàn)場采集系統(tǒng)獲得)，t/h;Hhs為采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))回水焓 (由采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))回水壓力Phs和采暖熱水 (一環(huán)網(wǎng))回水溫度Ths通過焓熵表確定)，kJ/kg。

2.3 以熱定電數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果現(xiàn)場驗證

由于系統(tǒng)最小負(fù)荷根據(jù)設(shè)計工況計算得出，因此可能與現(xiàn)場機(jī)組的最小負(fù)荷不同，當(dāng)兩者相差較大時需進(jìn)行現(xiàn)場驗證。驗證包括對主要參數(shù)的現(xiàn)場驗證和低壓缸排汽流量的確定。

主要參數(shù)的測量誤差會導(dǎo)致計算出的最小負(fù)荷和實際情況出現(xiàn)偏差，所以需要對工業(yè)抽汽流量、采暖抽汽流量、供水流量、回水流量、排汽壓力等主要參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場驗證，確認(rèn)現(xiàn)場儀表的準(zhǔn)確性。

低壓缸排汽流量在僅滿足低壓缸冷卻蒸汽流量時為最小，此時對應(yīng)的負(fù)荷就是機(jī)組最小負(fù)荷。確定低壓缸排汽流量需根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)對汽輪機(jī)進(jìn)行完整的熱力計算 (相當(dāng)于一次汽輪機(jī)熱力性能試驗)，再根據(jù)計算結(jié)果和機(jī)組實際情況調(diào)整至最小負(fù)荷。

3 以熱定電數(shù)學(xué)模型示例

以某發(fā)電廠135 MW機(jī)組為例，以熱定電數(shù)學(xué)模型見表1。

圖1 24 h內(nèi)實際功率和計算功率的對比

表1 通遼盛發(fā)熱電廠以熱定電數(shù)學(xué)模型

表2 采用該模型的機(jī)組供熱調(diào)峰特性匯總表

根據(jù)表1可計算出不同工業(yè)負(fù)荷和采暖負(fù)荷下機(jī)組的最大與最小負(fù)荷，最后根據(jù)計算結(jié)果和機(jī)組實際運行情況進(jìn)行現(xiàn)場驗證，證明數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。表2為采用該模型的在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件部分界面，圖1為24 h在線監(jiān)測下實際功率和計算功率的比較。

4 結(jié)束語

以135 MW機(jī)組為例，為以熱定電提供了建立數(shù)學(xué)模型的方法和步驟，分別在機(jī)組只有采暖負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷及既有采暖負(fù)荷又有工業(yè)負(fù)荷三種條件下進(jìn)行了最小和最大發(fā)電機(jī)端功率計算公式的擬合，得到了計算公式。通過電廠的試用和對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集對比，證明了此數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性與實用性。

［1］ 李樹強(qiáng)，張 敏．東北電網(wǎng)供熱機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)報告［R］．沈陽:東北電力科學(xué)研究院有限公司，2011.

［2］ 李勤道，嚴(yán)俊杰．熱電廠熱電負(fù)荷分配方法的研究 ［J］．動力工程，2001，21(1):1 078－1 081.

［3］ 劉 凱．汽輪機(jī)試驗 ［M］．北京:中國電力出版社，2005．

［4］ 王培紅．供熱機(jī)組熱電負(fù)荷優(yōu)化算法研究 ［J］．汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46(1):37－40．

［5］ 唐家裕．不同類型供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化的研究［J］．東北電力技術(shù)，2007，28(8):10－13.

［6］ 魏 豪．供熱電廠熱電負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)的研制［J］．東北電力技術(shù)，2002，23(11):15－18．

［7］ 李勤道．熱電廠熱電負(fù)荷分配方法的研究［J］．動力工程，2001，21(1):1 078－1 081.